Seasonal changes in absolute and relative organ weight in 3-month male Wistar rats

David A. Areshidze; Арешидзе Давид Александрович; David A. Areshidze; Marina V. Kondashevskaya; Кондашевская Марина Владиславовна; Marina V. Kondashevskaya; Maria A. Kozlova; Козлова Мария Александровна; Maria A. Kozlova; Anna I. Anurkina; Ануркина Анна Игоревна; Anna I. Anurkina; Kirill A. Kasabov; Касабов Кирилл Алексеевич; Kirill A. Kasabov

doi:10.17816/morph.633001

Seasonal changes in absolute and relative organ weight in 3-month male Wistar rats

Authors: Areshidze D.A.¹, Kondashevskaya M.V.¹, Kozlova M.A.¹, Anurkina A.I.¹, Kasabov K.A.¹
Affiliations:
1. Petrovsky National Research Centre of Surgery
Issue: Vol 162, No 3 (2024)
Pages: 266-275
Section: Original Study Articles
Submitted: 29.05.2024
Accepted: 17.10.2024
Published: 15.12.2024
URL: https://j-morphology.com/1026-3543/article/view/633001
DOI: https://doi.org/10.17816/morph.633001
ID: 633001

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription or Fee Access

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

BACKGROUND: To correctly interpret preclinical studies and basic research, it is necessary to accurately assess the biometric parameters of normal status and their limits. Biometric parameters of animals of genetically pure lines are known to vary according to factors such as sex and age, but little attention is paid to a seasonal factor. Therefore, it seems relevant for physiology and pathophysiology to develop reference values of normal status and their limits for working with genetically pure animals during certain periods of ontogenesis and different seasons.

AIM: The aim of the study was to determine the absolute body and organ weights and the relative organ weights of adult male Wistar rats at three months of age during different seasons of the year.

MATERIALS AND METHODS: The experiment involved 160 male Wistar rats. The animals were divided into four groups so that the rats reached the age of three months in one of the seasons: spring, summer, fall, or winter. In each group, absolute and relative body and organ weights were measured for the brain, spleen, thymus, liver, kidneys, adrenal glands, heart, lungs, and testes.

RESULTS: The most significant seasonal differences were found in the absolute weights of all organs, while the relative weight coefficients of the organs differed in only 50% of the cases. Synchronous seasonal differences in kidney and adrenal gland weights were observed. The heart was found to have the most significant seasonal variability in both weight parameters studied.

CONCLUSIONS: The absolute organ weight is one of the most sensitive parameters in determining reference values, but changes in the relative weight coefficient should also be considered. This study established reference ranges for the weight of major organs in a population of healthy, genetically homogeneous Wistar rats at three months of age and showed seasonal variations in these reference ranges. Further research is needed to understand changes in organ weights combined with pathological data.

Keywords

reference ranges, Wistar rats, absolute organ weight, relative organ weight, seasonal variability

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

При разработке и внедрении лекарственных препаратов этап доклинических исследований остаётся одним из наиболее важных, что обусловлено необходимостью оценки эффективности и безопасности исследуемых соединений. Нередко исследования новых лекарственных веществ прекращаются уже на стадии клинических исследований из-за признаков токсичности, не выявленных при проведении доклинических испытаний.

Одним из путей решения подобных проблем является создание баз референсных интервалов биометрических показателей, ассоциированных со здоровьем лабораторных животных и учитывающих их пол, возраст, а также сезон проведения исследований. Под референсным интервалом подразумевается 95% центральный диапазон распределения величины исследуемого параметра, характеризующего здоровье животных, ограниченный верхним и нижним референсными пределами.

Белые крысы — самый распространённый объект лабораторных исследований, что обусловлено небольшой массой тела, относительной простотой содержания и разведения, непродолжительным периодом внутриутробного и постнатального развития, а также короткой продолжительностью жизни [1].

Определение массы внутренних органов и вычисление коэффициента относительной массы (ОМК; отношение абсолютной массы органа к массе тела) является обязательным этапом доклинических исследований. ОМК рассматривается как интегральный показатель, изменения которого отражают объективное состояние внутренних органов в норме и при патологии. Однако, в токсикологических исследованиях целесообразно рассматривать референсные интервалы не только в виде ОМК, но и в виде абсолютной массы органов, поскольку этот показатель может дать более объективную информацию при значительных изменениях массы тела [2, 3]. Следует отметить, что показатели абсолютной и относительной массы органов обычно характеризуются возрастными и сезонными колебаниями.

Поэтому представляется актуальным создание базы референсных интервалов абсолютной и относительной массы органов половозрелых самцов крыс линии Вистар в различные периоды онтогенеза и с учётом сезона.

ЦЕЛЬ

Изучение изменений абсолютной массы тела, а также абсолютной и относительной массы органов половозрелых самцов крыс линии Вистар в возрасте трёх месяцев в зависимости от времени года — сезона.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Проведено экспериментальное неослеплённое одноцентровое проспективное выборочное неконтролируемое исследование.

Критерии соответствия

Критерии включения животных в эксперимент: масса тела 250±20 г, отсутствие внешних дефектов, повреждений, поведенческих отклонений.

Условия проведения

Исследование проведено на базе лаборатории патологии клетки НИИ Морфологии человека имени академика А.П. Авцына Российского научного центра хирургии имени академика Б.В. Петровского, Москва, Россия

Продолжительность исследования

Исследование проводили в течение января, апреля, июля и октября 2024 года.

Объекты исследования

Работа выполнена на 160 самцах крыс аутбредной линии Вистар в возрасте 3 месяцев, с массой тела 250±20 г. Животные получены из питомника ФГБУН НЦБМТ ФМБА России «Столбовая».

Всех животных содержали в стандартных пластиковых клетках по 5 голов в каждой, при естественном освещении, контролируемой температуре воздуха 20–22°С и относительной влажности воздуха 40–50%. Крысы имели свободный доступ к питьевой воде и брикетированному корму ПК-120-1 (ООО «Лабораторснаб», сертификат соответствия № POCCRU.nO81.B00113, ГОСТ P50258-92).

Длительность периода адаптации к условиям вивария составляла 20 суток. Выведение крыс из эксперимента осуществляли в интервале с 9:00 до 10:30 ч в углекислотной камере, оборудованной устройством для верхней подачи газа (100% СО₂). Заполнение объёма камеры газом производили со скоростью 20% в минуту во избежание возникновения у животных диспноэ и боли. Под действием газа животные засыпали, после чего их взвешивали и проводили эвисцерацию.

Анализ в группах

В исследовании все животные были разделены на 4 равные группы по 40 животных в каждой (n=40) — по одной группе на каждый сезон года.

Описание медицинского вмешательства

Извлеченные органы осматривали макроскопически для выявления видимых патологических изменений, и в случае обнаружения таковых животное отбраковывали. Извлеченные органы взвешивали на весах CAS CAUX-220 (Южная Корея). Вычисляли относительную массу каждого органа.

Фрагменты органов фиксировали в 10% нейтральном забуференном формалине с последующей стандартной проводкой по спиртам возрастающей концентрации (50°, 60°, 70°, 80° и 96°) и ксилолу. После проводки ткани заливали в гистологическую среду «Гистомикс» (БиоВитрум, Россия). Серийные гистологические срезы толщиной 5–6 мкм изготавливали на санном микротоме Leica SM2010 R (Германия). Срезы окрашивали гематоксилином и эозином по общепринятой методике. Микроскопическое исследование препаратов для обнаружения возможных патологических изменений выполняли на микроскопе Leica DM 2500 (Leica Biosystems Nussloch GmbH, Nussloch, Германия)

Этическая экспертиза

При проведении экспериментов авторы руководствовались принципами гуманности, изложенными в Директиве Совета Европейского Союза (86/609/ЕЭС), а также в ГОСТ Р 53434—2009 от 1 марта 2010 г. «Принципы надлежащей лабораторной практики» (идентичен GLP OECD). Исследование одобрено Комитетом по биоэтике Научно-исследовательского института морфологии человека имени академика А.П. Авцына Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского» (протокол № 34, от 22 апреля 2022 г.).

Статистический анализ

Размер выборки предварительно не рассчитывали. Построение графиков и статистическую обработку результатов выполняли в программе GraphPadPrism v8.41 (США). В качестве группы сравнения использовали показатели животных группы «Зима». Тип распределения данных оценивали с помощью теста Д’Агостино–Пирсона. При нормальном распределении использовали t-тест Стьюдента для парного сравнения и тест Тьюки для сравнения трёх и более групп. Различия между группами исследования и контрольной группой оценивали с помощью теста Даннета. В случаях, когда распределение не соответствовало нормальному использовали тест Манна–Уитни для парного сравнения и тест Данна для сравнения трёх и более групп. Значимыми считали различия при уровне статистической значимости (α) или вероятности ошибки отклонения от нулевой гипотезы ниже 5% (p <0,05). В описании результатов исследования данные приведены в виде арифметического среднего и стандартного отклонения. Сила различий обозначена следующим образом: * соответствует p <0,05; ** — p <0,005; *** — p <0,0005.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В ходе исследования установлено, что масса тела самцов крыс линии Вистар в течение года заметно изменяется: в весенний и летний периоды она статистически значимо снижается по сравнению с осенним и зимним периодом (табл. 1).

Таблица 1. Масса тела самцов крыс линии Вистар в возрасте трёх месяцев в разные сезоны года

Table 1. Body weight of male Wistar rats at the age of three months in different seasons of the year

Времена года	Зима, (n=40)	Весна, (n=40)	Лето, (n=40)	Осень, (n=40)
Масса тела, г	249,70±10,29	237,20±9,78 ***	220,60±9,09 ***	248,30±8,78

Примечание. n — количество животных в группе; *** — p ≤0,0005 при сравнении с массой тела животных зимой.

Note. n — number of animals in a group; *** — p ≤0.0005 when compared with the body weight of animals in winter.

В то врем как сезонные изменения ОМК головного мозга крыс были статистически не значимыми, показатель абсолютной массы существенно повышен зимой и осенью по сравнению с весенним и летним периодом (табл. 2).

Таблица 2. Абсолютная и относительная масса органов самцов крыс линии Вистар в возрасте трёх месяцев в разные сезоны

Table 2. Absolute and relative mass of organs of male Wistar rats at the age of three months in different seasons of the year

Орган	Зима		Весна		Лето		Осень
Орган	Абсолютная масса, г	Относительная масса, %	Абсолютная масса, г	Относительная масса, %	Абсолютная масса, г	Относительная масса, %	Абсолютная масса, г	Относительная масса, %
Головной мозг	2,02±0,08	1,80±0,10	1,91±0,08 **	1,79±0,11	1,80±0,075 ***	1,81±0,11	2,01±0,07	1,82±0,12
Селезёнка	1,55±0,06	0,62±0,05	1,47±0,06 ***	0,62±0,06	1,43±0,06 ***	0,65±0,06	1,49±0,05	0,60±0,04
Тимус	0,57±0,160	0,220±0,010	0,550±0,022	0,230±0,012	0,570±0,024	0,26±0,10	0,490±0,017 ***	0,20±0,090
Печень	13,09±0,53	5,24±0,15	12,46±0,50 **	5,25±0,14	11,72±0,48 **	2,31±0,09	12,84±0,42	5,17±0,12
Почка	2,02±0,08	0,81±0,09	1,88±0,07 ***	0,79±0,10	1,83±0,07 **	0,83±0,08	1,97±0,07 ***	0,78±0,09 *
Надпочечник	0,100±0,004	0,041±0,002	0,095±0,003 ***	0,040±0,003	0,099±0,004 **	0,045±0,002 **	0,091±0,003 ***	0,037±0,002 **
Сердце	1,07±0,04	0,43±0,04	0,94±0,39 ***	0,40±0,03 *	0,88±0,04 **	0,40±0,04 *	1,02±0,04 **	0,41±0,03 *
Лёгкие	2,19±0,09	0,88±0,05	2,06±0,85 *	0,88±0,04	1,94±0,80 *	0,87±0,05	1,96±0,07 *	0,87±0,05
Яички	2,02±0,08	0,81±0,11	1,99±0,08	0,84±0,09 *	1,85±0,08 ***	0,84±0,08 *	1,96±0,07 **	0,79±0,10

Примечание. Для парных органов — почка, надпочечник и яичко приведена суммарная масса обоих органов; * — p ≤0,05; ** — p ≤0,005; *** — p ≤0,0005) при сравнении с массой органа зимой.

Note. For paired organs — kidney, adrenal gland and testis, the total mass of both organs is given; * — p ≤0.05; ** — p ≤0.005; *** — p ≤0.0005) when compared to the mass of the organ in winter.

Сходные сезонные трансформации показателей массы отмечены и для селезёнки — максимальное значение абсолютной массы наблюдали зимой и осенью. В то же время абсолютная масса центрального органа иммунной системы — тимуса была снижена лишь осенью.

Для сезонных колебаний абсолютной массы печени оказалось характерным снижение весной и летом, тогда как изменений ОМК органа не выявлено (см. табл. 2).

Не было выявлено изменений относительной массы лёгких, в то время как абсолютная масса органа оказалась сниженной во все сезоны по сравнению с зимним периодом (см. табл. 2).

Аналогичное сезонное снижение абсолютной массы наблюдали и для сердца, но в отличие от уже описанных органов, изменения затронули и абсолютную массу сердца, и ОМК (см. табл. 2).

Сезонные изменения почек и надпочечников происходили синхронно — максимальная абсолютная масса зимой и существенное снижение в остальные сезоны (см. табл. 2). Масса почек и надпочечников также характеризуется изменениями коэффициента относительной массы. Самое низкое значение ОМК почек отмечено осенью, тогда как в остальные сезоны этот показатель существенно не различался. Относительная масса надпочечников также имела минимум осенью, а максимум пришёлся на летний период.

Абсолютная масса семенников повышена летом и осенью, а ОМК — весной и летом (p ≤0,005; см. табл. 2).

ОБСУЖДЕНИЕ

Моделирование патогенеза заболеваний и воспроизведение биологических процессов является ведущей задачей в области физиологических и патофизиологических исследований. Интерпретация полученных данных особенно остро ставит вопрос о референсных значениях «нормы», то есть типичных показателях морфологических, физиологических и биохимических констант здорового организма. В настоящее время в экспериментальной физиологии и патофизиологии чаще всего используют животных генетически чистых линий, трансгенных и нокаутных животных. Несомненно, такие животные отличаются от своих диких сородичей. Однако несовпадение их физиологических констант с общепринятыми показателями чаще всего трактую как патологию, тогда как для линейных особей эти значения являются нормой. Кроме того, актуальной проблемой остаётся разработка критериев экстраполяции на человека результатов экспериментов, выполненных на искусственно выведенных линиях животных. Особый вопрос — насколько различия в физиологических показателях лабораторных животных отражаются на их реакциях на одинаковые воздействия, то есть, в какой мере исходное состояние влияет на адаптивные возможности организма.

Всё вышеизложенное подчёркивает важность разработки референсных значений «нормы» в физиологии и патофизиологии, поскольку практическая значимость данной проблемы остаётся недостаточно явной.

В данном исследовании обобщены и проанализированы тенденции сезонных изменений абсолютной массы органов и коэффициентов ОМК, а также массы тела половозрелых генетически однородных самцов крыс линии Вистар в возрасте 3 месяцев. Выявленная в нашем исследовании более высокая масса тела самцов крыс в осенний и зимний период противоречит результатам некоторых опубликованных работ, где масса тела грызунов либо не менялась [4], либо увеличивалась в весенний и летний период [5–7]. Можно предположить, что такие отличия обусловлены как разным возрастом самцов крыс на момент проведения исследования, так и содержанием животных при искусственном освещении c резкой одномоментной сменой светового режима, без небольших ежедневых изменений продолжительности тёмной и светлой фазы, свойственных естественному освещению. В исследованиях ряда авторов у самцов крыс линии F344 в возрасте около трёх месяцев были зафиксированы изменения массы тела [8], однонаправленные с изменениями, обнаруженными в нашем исследовании у крыс линии Вистар такого же возраста. Схожую динамику массы тела демонстрировали и мыши линии C57BL/6J [9, 10], а также хорьки [11].

Стоит отметить, что наиболее постоянные сезонные различия выявлены по показателю абсолютной массы всех органов, тогда как коэффициенты ОМК проявляли сезонную изменчивость только в половине случаев. Интересно, что синхронные сезонные изменения наблюдали лишь по массе почек и надпочечников, что согласуется с литературными данными [12] и может быть связано с сезонными колебаниями синтеза адренокортикотропного гормона.

В нашей работе такие важные органы иммунной системы, как тимус и селезёнка, характеризуются отсутствием симультанности изменений, что совпадает с данными, полученными при изучении беспородных крыс [13]. Наиболее выраженная сезонная вариабельность была обнаружена для сердца по обоим показателям массы. Мы предполагаем, что это связано с сезонными изменениями объёма циркулирующей крови.

Ряд исследователей считает, что масса мозга имеет самую низкую изменчивость по сравнению с другими органами. С целью снижения вариабельности данных эти авторы рекомендуют оценивать соотношение массы тела и мозга [14, 15].

Увеличение массы яичек, обнаруженное в нашем исследовании, согласуется с данными об изменении их массы у крыс линии Fischer 344 [16], сирийских хомячков [17] и намибийской песчанки [18]. Возможной причиной могут быть сезонные изменения плотности рецепторов половых гормонов и секреции гонадотропинов, стероидных и тиреоидных гормонов, связанные с наиболее благоприятными условиями для размножения в весенний и летний период [19].

Масса органов является одним из наиболее чувствительных показателей при изучении фармакологических воздействий, например при исследовании токсичности лекарственных средств. Определение контрольных значений массы органов лабораторных животных в каждом испытательном центре, где проводят фармакологические исследования, стало стандартной практикой [20, 21]. Известно о целом ряде факторов, которые влияют на массу органов животных: порода, возраст, пол, условия проведения эксперимента, факторы окружающей среды [22].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Абсолютная масса органов является одним из наиболее чувствительных показателей при определении референсных значений «нормы», однако следует принимать во внимание и изменения коэффициентов относительной массы соответствующих органов. Данное исследование является одним из первых в России, где установлены референсные диапазоны массы основных органов у здоровых генетически однородных самцов крыс линии Вистар в возрасте 3 месяцев, а также обобщены данные о тенденциях их сезонных изменений. Необходимо дальнейшее изучение основных причин изменения массы органов в сочетании с анализом патологоанатомических данных.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Исследование выполнено в рамках государственного задания Научно-исследовательского института морфологии человека имени академика А.П. Авцына Российского научного центра хирургии имени академика Б.В. Петровского № 124021600054-9.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: Д.А. Арешидзе — концепция и дизайн исследования, обработка материала, написание и редактирование текста рукописи; М.В. Кондашевская — обработка материала, написание и редактирование текста рукописи; М.А. Козлова, А.И. Ануркина, К.А. Касабов — сбор и обработка материала.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding source. The research was carried out as a part of the State Assignment of the Avtsyn Research Institute of Human Morphology of the Petrovsky National Research Centre of Surgery No. 124021600054-9.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. D.A. Areshidze — research conception and design, processing of material, writing and editing of the manuscript; M.V. Kondashevskaya — processing of material, writing and editing of the manuscript; M.A. Kozlova, A.I. Anurkina, K.A. Kasabov — collection and processing of material.